Promovendus Laura Blok | Foto: Radboudumc
Promovendus Laura Blok bezig met haar onderzoek naar habituatie in Drosophila. Met behulp van de geavanceerde ‘habituatie machine’ gaat het meten van habituatie vrij gemakkelijk. In iedere buis wordt handmatig één vlieg geplaatst, waarna de habituatie software het precies uitschakelen van de lichten en het meten van de reactie van de vliegen regelt | Foto: Radboudumc
De afdeling Genetica van het Radboudumc in Nijmegen heeft een speciale incubator laten maken voor onderzoek naar genen gelinkt aan aangeboren hersenaandoeningen. De onderzoekers gebruiken Drosophila als model. De nieuwe incubator biedt de vereiste gecontroleerde omgeving om kweekcondities nauwkeurig te kunnen beheersen.
De onderzoeksgroep ‘Translational Genomics of Neurodevelopmental Disorders’ doet onder leiding van hoofdonderzoeker professor Annette Schenck onderzoek naar genen die gelinkt zijn aan verstandelijke beperkingen (VB) en het autisme spectrum stoornis (ASS).
Laura Blok, promovendus: “Door Drosophila (ook wel bekend als fruitvliegjes) te kweken met verschillende genafwijkingen kunnen we testen uitvoeren om te kijken of deze genen invloed hebben op habituatie, het dag-nachtritme en slaap.”
Genonderzoek en therapieontwikkeling
Habituatie gaat over het wennen aan een terugkomende prikkel (gewenning). Denk aan een klok die tikt of pratende collega’s op kantoor. Het geluid stopt niet, maar na een tijdje wennen we eraan.
Onze hersens filteren het geluid zodat we niet overprikkeld worden. Dit proces is vaak verstoord bij mensen met een VB of ASS.
“Zo kan een therapie veel sneller ontwikkeld worden dan wanneer er getest moet worden op mensen”
Laura Blok, promovendusDaarnaast hebben mensen met een VB of ASS ook vaak een verstoord dag/nacht ritme en/of slaap. “Door te kijken welke genen hier invloed op hebben kunnen we beter begrijpen hoe deze verstoring wordt veroorzaakt. Ook kunnen we in de toekomst bepaalde therapieën testen op vliegen. Zo kan een therapie veel sneller ontwikkeld worden dan wanneer het getest moet worden op mensen”, vertelt Blok.
Drosophila melanogaster als model
Het testen met deze vliegjes is niets nieuws. “Er worden al meer dan honderd jaar allerlei verschillende onderzoeken gedaan waarbij ze gebruikt worden. Daarom bestaat er al een ruime hoeveelheid van methoden om genetische veranderingen in de vliegjes te introduceren en hun gedrag te bestuderen” vertelt Blok.
“Fysiek gezien lijken ze weinig op de mens, maar er zijn wel degelijk overeenkomsten. Een fruitvlieg heeft orgaanstelsels met dezelfde functie als menselijke nieren, darmen en het centrale zenuwstelsel.
Een andere belangrijke overeenkomst is dat ongeveer 70-75% van de menselijke genen ook in de vlieg voorkomen. Daarnaast is het goedkoper en sneller om met Drosophila te werken dan met gewervelde diermodellen zoals muizen. Het zorgt ervoor dat er minder wetenschappelijke onderzoeken nodig zijn op zulke diermodellen.”
Volwassen fruitvliegen gezien door een stereomicroscoop. Aan de rechterkant twee mannen, te herkennen aan de zwarte kleur aan het einde van het lichaam, omringd door vrouwen. Deze vliegen dragen een defect gen waardoor ze witte ogen hebben, normaal hebben fruitvliegen altijd rode ogen | foto:Radboudumc
Fruitvliegen kweken met gendefect
Om te onderzoeken of een gen invloed heeft op de habituatie kweken de onderzoekers vliegen met een defect in dat gen. Vervolgens gebruiken ze buizen met een lamp waar ze een vlieg in doen.
“Door het licht kort uit te zetten bootsen we een roofdier na. De vlieg zal proberen te vluchten en dit meten we met een microfoon. Door dit honderd keer te herhalen zien we of de vlieg leert dat het ‘licht uit’-signaal niet gevaarlijk is en stopt met vluchten – habituatie”, vertelt Blok.
Promovendus Marina Boon is vliegen aan het selecteren met behulp van de stereomicroscoop. Veelvuldig moeten de juiste vliegen worden geselecteerd om verder mee te kweken of experimenten mee uit te voeren | foto:Radboudumc
Dag-nachtritmestudie met infrarood
Bij het onderzoek naar dag-nachtritme en slaap gebruiken de onderzoekers een iets andere opstelling. “Hierbij hebben we dezelfde buizen en leggen we eten aan een kant. Door middel van een infraroodstraal meten we of de vlieg heen en weer loopt, en dus wakker is. Als hij helemaal niet meer loopt dan slaapt hij”, vertelt Blok.
“Met andere incubatoren konden we luchtvochtigheid, temperatuur en het licht niet zo nauwkeurig regelen”
Laura Blok, promovendusOp maat gemaakte incubator
Het is bij het onderzoek heel belangrijk om andere invloeden te elimineren en de omgeving stabiel te houden.
“Voorheen gebruikten we incubatoren die gemaakt waren voor plantenonderzoek, dat was niet ideaal. Voor ons onderzoek is het belangrijk om de omgeving nog nauwkeuriger te kunnen controleren. Zo moet de temperatuur stabiel blijven als er een lamp aan of uit gaat,” vertelt Blok.
Samen met Bronson heeft de onderzoeksgroep voor dit onderzoek een incubator ontwikkeld.
“Het is nu mogelijk om heel nauwkeurig factoren als de luchtvochtigheid, temperatuur en het licht te regelen. Met de andere incubatoren konden we dit ook regelen, maar niet zo snel en nauwkeurig als met de deze speciale incubator. Door hem samen te ontwikkelen hebben we precies kunnen laten maken wat wij nodig hebben” vertelt Blok.
Promovendus Laura Blok: “De nieuwe incubator van Bronson is er! We kunnen nu heel nauwkeurig het licht, de temperatuur en de luchtvochtigheid regelen. Allemaal erg belangrijk om onze fruitvliegen goed te laten opgroeien, zo min mogelijk onze experimenten te beïnvloeden, en de meest betrouwbare resultaten uit onze experimenten te halen.” | foto:Radboudumc
Behandelingsstrategieën
Voor VB- en ASS-ziekten met slaapstoornissen heeft de groep al mechanismen en behandelingsstrategieën gevonden.
“Het habituatie-onderzoek loopt nog” vertelt Blok, “maar van de 300 geteste genen die gelinkt zijn aan VB, veroorzaken ongeveer 100 genen verminderde habituatie.” Bij de genen gelinkt aan ASS lijkt dit aantal nog hoger te zijn, maar dit onderzoek loopt nog.
“Inzicht krijgen in de neurogenetica en de invloed van de genen op verstandelijke beperkingen en autisme”
Laura Blok, promovendus
Fruitvliegen en voedingsbuizen afgesloten met een luchtdoorlatende dop. In deze buizen worden die vliegen gekweekt en onderhouden. Volwassen vliegen leggen eieren op het voedsel, waarna de larve die uit het ei komt zo’n vijf dagen in het voedsel zal rondkruipen. Daarna kruipt de larve uit het voedsel langs de rand van de buis omhoog om daar een pop vormen. In de pop ondergaat de larve gedurende 4 dagen een metamorfose en komt er als een volwassen fruitvlieg uit. Fruitvliegen kunnen anderhalve maand overleven en honderden eieren leggen voordat ze sterven | foto:Radboudumc
Toekomstig hersenonderzoek
Het is de bedoeling in de toekomst nog meer diepgang te geven aan het onderzoek. “Wanneer we weten welke genen invloed hebben op de habituatie, is het interessant om te kijken waar in het brein dit precies gebeurt en in welke celtypes. En heeft het bijvoorbeeld invloed als we het gen uitzetten tijdens de ontwikkeling, of pas erna wanneer de vliegen volwassen zijn?” vertelt ze enthousiast.
“Dit is belangrijk voor de vooruitzichten om tekorten in gewenning aan te kunnen pakken.
Meer inzicht in neurogenetica
Ze besluit: “Als het gen alleen op volwassen leeftijd belangrijk is, is de kans om een behandeling te vinden veel beter. Uiteindelijk hopen we zo meer inzicht te krijgen in de neurogenetica en de invloed van de genen op een VB en ASS. Mogelijk kan het onderzoek in de toekomst ook helpen bij de ontwikkeling van medicijnen en therapieën.”
